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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet
der Verbindungselemente. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Querkraftanschluss,
mit dem beispielsweise ein Holm eines Seitenleitwerks gewichtssparend
an einem Flugzeugrumpf befestigt werden kann. Fernerhin betrifft
die Erfindung einen entsprechend ausgebildeten KK:UM Holm für ein Seitenleitwerk,
so dass dieser möglichst
gewichtssparend an einem Flugzeugrumpf angebracht werden kann.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Seitenleitwerk eines Flugzeugs ist während des Flugs häufig erheblichen
Luftlasten ausgesetzt, welche auf die Außenhaut des Seitenleitwerks einwirken.
Diese Windbelastungen werden als Querkraft über die Holme des Seitenleitwerks
(siehe 1 und 2) in den Flugzeugrumpf abgetragen. Der
Anschluss der Holme des Seitenleitwerks erfolgt dabei üblicherweise
mit einer zweischnittigen Laschenverbindung. Diese Laschenverbindung
besteht häufig
aus einer Steglasche, die am Flugzeugrumpf angenietet und mit zwei
Bohrungen versehen ist, sowie zwei Verbindungslaschenpaaren, welche
beiderseits der Steglasche mit dem Holm des Seitenleitwerks durch
entsprechende Bohrungen hindurch zweischnittig verbolzt sind.
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Damit
die hohen Belastungen in den Holmen sicher in dem Flugzeugrumpf
abgetragen werden können,
werden die Holme im Anschlussbereich mit häufig sehr großen Aufdickungen
versehen, um die Lochleibungsspannungen zu reduzieren, welche aus den
von den Bolzen auf die Bohrungswandungen übertragenen Kräfte resultieren.
Da die Kräfte
von den Verbindungslaschen anschließend in die Steglasche abgeleitet
werden, muss auch die Steglasche eine entsprechend große Dicke
aufweisen, um die in den Bohrungen auftretenden Lochleibungsspannungen
möglichst
gering zu halten.
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Diese
Lösung
erweist sich dadurch als problematisch, als dass zunächst die über die
Holme gleichmäßig verteilten
Lasten zur Weiterleitung in den Flugzeugrumpf punktuell auf die
Verbindungsbolzen konzentriert werden und in den Bohrungen in der
Steglasche sowie in den Holmen selbst sehr hohe Lochleibungsspannungen
erzeugen. Die durch diese Last konzentration notwendigen Dimensionen im
Anschlussbereich der Holme verursachen jedoch erhebliches Mehrgewicht,
welches im Bereich der Luft- und Raumfahrtechnik selbstverständlich unerwünscht ist.
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Die
GB 1 478 174 beschreibt
ein Verfahren zum Befestigen von Sandwichpanelen mittels einer mit
einem Zylinder versehenen Scheibe.
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Die
DE 673 258 beschreibt einen
Anschlussbeschlag für
Flugzeugteile mit einer in einem Beschlagteil drehbar gelagerten
Exzenterbuchse.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bauteilanschluss
zur Übertragung von
Querkräften
anzugeben, bei dem zusätzliche Aufdickungen
im Anschlussbereich nicht erforderlich werden, sodass zusätzliches
und unnötiges
Gewicht eingespart werden kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die derselben zugrunde
liegende Aufgabe mit einem Querkraftanschluss zur Verbindung zweier
Bleche gelöst.
Sofern hier von Blechen die Rede ist, so bedeutet dies nicht zwangsweise, dass
es sich um ein metallisches Material handeln muss; vielmehr kann
ein Blech im Sinne der vorliegenden Erfindung auch aus einem Kunststoffmaterial oder
einem Faserwerkstoff wie beispielsweise aus Karbonfasern bestehen.
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Bei
den beiden Blechen handelt es sich um ein erstes Blech und ein zweites
Blech, wobei in dem ersten Blech eine Durchgangsbohrung mit einem ersten
Durchmesser vorgesehen ist. An einer ersten Oberfläche des
zweiten Blechs ist ein Zylinder angeformt, dessen Durchmesser auf
den ersten Durchmesser der Durchgangsbohrung in dem ersten Blech abgestimmt
ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Zylinder des zweiten
Blechs formschlüssig
mit der Durchgangsbohrung in dem ersten Blech zusammenpasst, um
so senkrecht zur Mittelachse des Zylinders gerichtete Kräfte von
dem ersten Blech auf das zweite Blech oder umgekehrt übertragen
zu können.
Sofern hier davon die Rede ist, dass der Durchmesser des Zylinders
auf den ersten Durchmesser der Durchgangsbohrung in dem ersten Blech
abgestimmt ist, so bedeutet dies, dass der Durchmesser des Zylinders
geringfügig
kleiner ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrung, um in diese
mit einem geringen Spiel eingepasst werden zu können.
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Zur
Reduzierung unerwünscht
hoher Lochleibungsspannungen bedient sich der erfindungsgemäße Querkraftanschluss
somit einer anderen Lösung
als die zuvor beschriebene bekannte Realisierung eines Holmanschlusses.
Wird dort die Lochleibungsspannung über die Bauteildicke des Holms
unter Verwendung einer zusätzlichen
Aufdickung reduziert, so erfolgt die Reduzierung der Lochleibungsspannungen
erfindungsgemäß dadurch,
dass der Durchmesser der Durchgangsbohrung und des Zylinders möglichst
groß gewählt wird,
was eine Vergrößerung der
Lochleibungsfläche
und demzufolge eine Reduzierung der Lochleibungsspannungen zur Folge hat.
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Um
eine Justierung des Zylinders des zweiten Blechs in Bezug auf die
Durchgangsbohrung in dem ersten Blech zu ermöglichen, ist sowohl der Zylinder
als auch die Durchgangsbohrung an bzw. in einem separaten Bauteil
des ersten bzw. zweiten Blechs exzentrisch angeordnet, welches in
der Ebene des ersten bzw. zweiten Blechs drehbar eingepasst ist.
So umfasst das erste Blech eine erste Lagerbuchse, die so in das
erste Blech eingesetzt ist, dass sie in der Ebene des ersten Blechs
um ihre Mittelachse verdreht werden kann. Hierbei ist die Durchgangsbohrung
des ersten Blechs exzentrisch in der ersten Lagerbuchse ausgebildet,
sodass durch eine Verdrehung der Lagerbuchse die Position der Durchgangsbohrung
verändert
werden kann, um diese in Bezug auf die Lage des Zylinders des zweiten
Blechs auszurichten.
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Bei
der Lagerbuchse kann es sich um einen hohlzylindrischen Körper handeln,
welcher an einem Ende mit einem Ringflansch versehen ist, um mit
einer ersten Oberfläche
des ersten Blechs in Anlage zu gelangen. Dieser Ringflansch dient
somit dazu, um eine Lagesicherung für die Lagerbuchse in Bezug
auf das erste Blech zu gewährleisten.
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Damit
das erste Blech an seiner der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche plan
mit dem zweiten Blech verbunden werden kann, schließt die erste
Lagerbuchse an ihrem dem Ringflansch gegenüberliegenden Ende im Wesentlichen bündig mit
der zweiten Oberfläche
des ersten Blechs ab.
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Wie
der Fachmann aus den vorangegangenen Ausführungen entnehmen wird, ist
unter Verwendung der ersten Lagerbuchse mit seiner exzentrisch angeordneten
Durchgangsbohrung lediglich eine Lagejustierung auf einer Kreisbahn
möglich.
Um jedoch den Querkraftanschluss auf beliebige Punkte ausjustieren
zu können,
umfasst fernerhin das zweite Blech eine Kreisscheibe, an welcher
der Zylinder des zweiten Blechs exzentrisch angeformt ist. Um eine
Lagejustierung des Zylinders zu ermöglichen, ist die Kreisscheibe
in der Ebene des zweiten Blechs um ihre Mittelachse verdrehbar angeordnet,
sodass in Kombination mit der Verdrehbarkeit der Lagerbuchse in
dem ersten Blech annährend
eine Lagejustierung in Bezug auf beliebige Punkte möglich ist.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform ist
auch die Kreisscheibe des zweiten Blechs als Lagerbuchse ausgebildet.
Dies bedeutet, dass auch die Kreisscheibe in Form einer Lagerbuchse
zur Gewichtseinsparung eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche
hindurch zur Lagesicherung des ersten und des zweiten Blechs in
Bezug aufeinander beispielsweise ein Sicherungsbolzen hindurch gesteckt werden
kann. Im Falle, dass es sich bei der Kreisscheibe des zweiten Blechs
um eine Lagerbuchse handelt, ist demzufolge der Zylinder des zweiten Blechs
als Hohlzylinder mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet. In diesem
Falle handelt es sich bei der Kreisscheibe um eine Kreislochscheibe
mit einem Loch, wobei die Durchgangsöffnung des Hohlzylinders mit
dem Loch der Kreislochscheibe fluchtet.
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Um
für die
Lagerbuchse des zweiten Blechs eine Lagesicherung zur Verfügung zu
stellen, sodass diese nicht aus dem zweiten Blech heraus fallen kann,
ist die Lagerbuchse mit einem Ringflansch versehen, welcher ausgebildet
ist, um mit einer der ersten Oberfläche des zweiten Blechs gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche
in Anlage zu gelangen.
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Damit
das erste und das zweite Blech plan miteinander verbunden werden
können,
schließt
die Lagerbuchse des zweiten Blechs auf der ersten Oberfläche des
zweiten Blechs bündig
ab, welche bei der Verbindung der beiden Bleche mit dem ersten Blech
in Kontakt gelangt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Holm für ein Seitenleitwerk
vorgeschlagen, der zumindest in einem Anschlussbereich zur Anbringung
an einem Flugzeugrumpf als erstes Blech im Sinne der vorangegangenen
Beschreibung ausgebildet ist. Durch diese Ausbildung des Holms ist
es möglich,
diesen an einer an einem Flugzeugrumpf angebrachten Befestigungslasche
zu befestigen, sofern diese als zweites Blech im Sinne der vorangegangenen
Beschreibung ausgebildet ist.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten exemplarischen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 zeigt
eine bekannte Art der Anbringung eines Seitenleitwerks an einem
Flugzeugrumpf
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2 zeigt
eine Detailansicht der 1 im Anschlussbereich des Seitenleitwerks
am Flugzeugrumpf,
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3 zeigt
ein Seitenleitwerk mit dem erfindungsgemäßen Querkraftanschluss an einem
Flugzeugrumpf;
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4 zeigt
eine Detailansicht der 3 im Anschlussbereich am Flugzeugrumpf,
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5 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines demontierten erfindungsgemäßen Querkraftanschlusses;
und
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6 zeigt
eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Querkraftanschluss
der 5 in einem zusammengebauten Zustand.
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In
allen Figuren hinweg sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen
oder übereinstimmenden
Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu,
geben jedoch qualitative Größenverhältnisse
wieder.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 wird zunächst ein
bekannter Anschluss eines Mittelkastens 7 eines Seitenleitwerks
an einem Flugzeugrumpf 8 beschrieben. Der Mittelkasten 7 wird
seitlich im Wesentlichen durch zwei von Rippen und Stringer kreuz
und quer verstärkte
Seitenflächen
gebildet, welche vorne und hinten an Holmen 2 des Seitenleitwerks
befestigt sind. Die Holme 2 sind ihrerseits am Flugzeugrumpf 8 unter
Verwendung eines bekannten Anschlusses befestigt, worauf noch genauer
eingegangen wird. Da auf die großen Seitenflächen des Seitenleitwerks
während
des Fluges große
Luftlasten einwirken, müssen
diese sicher über
die Holme 2 in dem Flugzeugrumpf 8 abgetragen
werden können. Da
das gesamte Seitenleitwerk während
des Fluges durch seitliche Windkräfte belastet wird, und diese Kräfte ausschließlich in
den Flugzeugrumpf 8 abgetragen werden können, summieren sich diese
Kräfte über das
gesamte Seitenleitwerk hinweg auf, und werden konzentriert über den
im Folgenden genauer beschriebenen bekannten Anschluss in den Flugzeugrumpf 8 abgetragen.
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Wie
die 2 zeigt, weist der Holm 2 in seinem Anschlussbereich
zum Flugzeugrumpf 8 eine Aufdickung 17 auf, in
der zwei Bohrungen vorgesehen sind. Andererseits ist am Flugzeugrumpf 8 eine Steglasche 18 angebracht,
welche ebenfalls mit zwei Bohrungen versehen ist. Die Lasche 18 weist
dabei die gleichen Dickenverhältnisse
wie die Aufdickung 17 des Holmes 2 im Anschlussbereich
auf. Der Holm 2 wird im Bereich seiner Aufdickung 17 mit
der Lasche 18 über
eine zweischnittige paarweise Laschenverbindung in Form zweier paarweise
angeordneter Verbindungslaschen 19 verbunden, welche mit der
Aufdickung 17 bzw. der Lasche 18 durch die entsprechenden
Bohrungen hindurch verbolzt sind.
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Die
Aufdickung 17 des Holms 2 muss vorgesehen werden,
da die zu übertragenden
Querkräfte sehr
groß sind,
und ansonsten unzulässig
große Lochleibungsspannungen
in den Bohrungen auftreten würden,
durch welche hindurch die Verbindungslaschen 19 verbolzt
sind. Da ein derartiger Anschluss der Holme 2 aufgrund
der Aufdickung 17 und der entsprechend dick ausgebildeten
Lasche 18 sowie der zusätzlichen
Verbindungslaschen 19 sehr aufwendig ist und zusätzliches
Gewicht mit sich bringt, geht die vorliegende Erfindung einen anderen
Weg zum Anschluss des Seitenleitwerks am Flugzeugrumpf, welcher
im Folgenden anhand der 3 bis 6 genauer
erläutert
werden soll.
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Die 3 und 4 zeigen
zunächst Übersichtsdarstellungen
des erfindungsgemäßen Querkraftanschlusses
eines Seitenleitwerks 7 an einem Flugzeugrumpf 8.
Zwar entspricht der generelle Aufbau des Seitenleitwerks 7 dem
des zuvor unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen Seitenleitwerks,
jedoch weicht der Anschlussbereich der Holme 2 am Flugzeugrumpf 8 von
dem zuvor beschriebenen Anschluss ab. So behält, wie der 4 entnommen
werden kann, der blechartige Holm 2 über seine gesamte Länge hinweg
seine Dicke bei und weist insbesondere an seinem Fußbereich
keine oder eine nur geringe Aufdickung auf, sodass gegenüber der
zuvor unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen
Ausbildung eine Gewichtseinsparung erzielt werden kann. Wie am besten
der 4 entnommen werden kann, ist am Flugzeugrumpf 8 ein
zweites Blech bzw. eine Rumpflasche 3 angebracht, an der
der Holm 2 zur Befestigung unter Verwendung des im Folgenden
genauer beschriebenen Querkraftanschlusses plan anliegt.
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Die 5 zeigt
den erfindungsgemäßen Querkraftanschluss
zweier Bleche 2, 3 in Form des Holms 2 bzw.
der Rumpflasche 3 in einem demontierten Zustand, in welchem
das Blech 2 dem Blech 3 beabstandet gegenüberliegt.
Wie erkannt werden kann, umfasst das erste Blech 2 eine
Durchgangsbohrung 14 und das zweite Blech 3 umfasst
einen Zylinder 13 (hier ein Hohlzylinder). Die Durchgangsbohrung 14 und
der Zylinder 13 weisen so aufeinander abgestimmte Innen-
bzw. Außendurchmesser
auf, dass der Hohlzylinder 13 in die Durchgangsbohrung 14 eingeführt werden
kann, sodass die Bleche 2, 3 in einer Querrichtung
zur Mittelachse des Zylinders 3 formschlüssig miteinander
verbunden sind, was es ermöglicht, dass
quer auf ein Blech 2, 3 einwirkende Kräfte auf
das jeweils andere Blech 3, 2 übertragen werden können. Indem
der Durchmesser der Durchgangsbohrung 14 und des Zylinders 13 möglichst groß gewählt werden,
werden die bei der Kraftübertragung
von einem Blech 2 auf das andere Blech 3 auftretenden
Lochleibungsspannungen auf ein Minimum reduziert, sodass keine unzulässig großen Materialspannungen
auftreten.
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Wie
der 5 ferner entnommen werden kann, ist in das erste
Blech 2 als Bestandteil desselben eine Lagerbuchse 5 eingepasst,
die in der Ebene des ersten Bleches um ihre Mittelachse herum verdrehbar
ist. In der Lagerbuchse 15 ist die Durchgangsbohrung 14 des
Bleches 2 mit einer Exzentrizität e angeordnet, sodass der
Schwerpunkt der Durchgangsbohrung 14 bei einer Verdrehung
der Lagerbuchse 15 einen Kreis beschreibt.
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An
seinem oberen Ende ist die Lagerbuchse 5 mit einem Ringflansch 15 versehen,
welcher in der Darstellung der 5 sich mit
der Oberseite 9 des Bleches 2 in Anlage befindet,
wodurch die Position der Lagerbuchse 5 gegenüber dem
Blech 2 gesichert wird. Auf seiner Unterseite 10 schließt das Blech 2 bündig mit
dem unteren Ende der Lagerbuchse 15 ab, sodass sich keine Überstände ergeben,
damit das Blech 2 plan an dem Blech 3 anliegen
kann.
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In
dem Blech 3 ist als Bestandteil desselben eine Kreisscheibe 4 so
eingepasst, dass sie in der Ebene des zweiten Blechs 3 um
ihre Mittelachse herum verdreht werden kann. An der Kreisscheibe 4 ist exzentrisch
(Exzentrizität
e) der Zylinder 13 des zweiten Blechs 3 angeordnet,
sodass dieser bei einer Verdrehung der Kreisscheibe 4 um
ihre Mittelachse herum eine Kreisbewegung beschreibt.
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Durch
die Verdrehbarkeit der Kreisscheibe 4 kann die Lage des
Zylinders 13 an die jeweilige Position der Durchgangsbohrung 14 der
Lagerbuchse 5 angepasst werden. Andersherum kann durch
die Verdrehbarkeit der Lagerbuchse 5 die Lage der Durchgangsbohrung 14 an
die jeweilige Position des Zylinders 13 der Kreisscheibe 14 angepasst
werden.
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In
der in der 5 dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Querkraftanschlusses
ist die Kreisscheibe 4 ebenfalls als Lagerbuchse ausgebildet,
was bedeutet, dass sich durch die gesamte Kreisscheibe 4 einschließlich des
Zylinders 13 hindurch eine Durchgangsöffnung hindurch erstreckt.
Diese Durchgangsöffnung
kann man sich in dem in der 6 dargestellten
zusammen gebauten Zustand des erfindungsgemäßen Querkraftanschlusses dahingehend
nutzbar machen, als dass durch diese Durchgangsöffnung beispielsweise ein Sicherungsbolzen
hindurch gesteckt werden kann, um ein ungewolltes Lösen der
Querkraftverbindung zu verhindern.
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An
ihrem in der 5 dargestellten unteren Ende
weist die Kreisringscheibe 4 in Form einer Lagerbuchse
einen Ringflansch auf, der sich mit der Unterseite 12 des
zweiten Blechs 3 in Anlage befindet, was jedoch aufgrund
der perspektivischen Darstellung der 5 nicht
erkennbar ist. Auf der Oberseite 11 schließt die Kreislochscheibe 4 bündig mit der
Oberseite 11 des zweiten Blechs 3 ab, sodass lediglich
der Zylinder 13 nach oben übersteht.
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Damit
sich in dem in der 6 gezeigten zusammengebauten
Zustand der erfindungsgemäßen Querkraftverbindung
die Lagerbuchse 5 des ersten Blechs nicht gegenüber der
Lagerbuchse 4 des zweiten Blechs 3 verdrehen kann,
weisen beide Buchsen geeignete Arretiermechanismen auf, um deren
jeweilige Lage zu fixieren. Beispielsweise können beide Lagerbuchsen 4, 5 in
ihren Ringflanschen eine Vielzahl an Löchern aufweisen, durch die
ein Sicherungsstift 6 hindurch gesteckt werden kann, um
beide Lagerbuchsen 4, 5 gegenseitig zu sichern.
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- 1
- Hohlzylinder
- 2
- Erstes
Blech bzw. Holm
- 3
- Zweites
Blech bzw. Rumpflasche
- 4
- Kreislochscheibe
(zweite Lagerbuchse)
- 5
- Erste
Lagerbuchse
- 6
- Sicherung
- 7
- Mittelkasten
(Seitenleitwerk)
- 8
- Flugzeugrumpf
- 9
- Erste
Oberfläche
des ersten Blechs
- 10
- Zweite
Oberfläche
des ersten Blechs
- 11
- Erste
Oberfläche
des zweite Blechs
- 12
- Erste
Oberfläche
des ersten Blechs
- 13
- Zylinder
- 14
- Durchgangsbohrung
- 15
- Ringflansch
der ersten Lagerbuchse
- 16
- Ringflansch
der zweiten Lagerbuchse
- 17
- Aufdickung
- 18
- Steglasche
- 19
- Verbindungslasche